KR100786937B1 - 이차전지 보호장치 - Google Patents

이차전지 보호장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100786937B1
KR100786937B1 KR1020060067699A KR20060067699A KR100786937B1 KR 100786937 B1 KR100786937 B1 KR 100786937B1 KR 1020060067699 A KR1020060067699 A KR 1020060067699A KR 20060067699 A KR20060067699 A KR 20060067699A KR 100786937 B1 KR100786937 B1 KR 100786937B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
secondary battery
thyristor
lithium ion
ion secondary
protection device
Prior art date
Application number
KR1020060067699A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20070011178A (ko
Inventor
장성균
이준환
이재헌
하수현
조정주
최상훈
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Publication of KR20070011178A publication Critical patent/KR20070011178A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100786937B1 publication Critical patent/KR100786937B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572Means for preventing undesired use or discharge
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44Methods for charging or discharging
    • H01M10/443Methods for charging or discharging in response to temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00309Overheat or overtemperature protection
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10Temperature sensitive devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10Temperature sensitive devices
    • H01M2200/105NTC
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 리튬이온 이차전지가 외부환경변화, 외부충격 등으로 작동범위 이상의 고온에 노출되거나 전지의 내부적 결함으로 인한 자체 발열로 인해 전지의 온도가 상승할 경우 상기 리튬이온 이차전지를 방전시키는 이차전지 보호장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 본 발명에 따르는 이차전지 보호장치는 애노드와 캐소드가 상기 이차전지의 양단과 각각 연결되며, 게이트 전류가 제공되면 상기 이차전지의 양단을 단락시키는 사이리스터; 상기 이차전지의 온도를 센싱하고, 상기 센싱된 온도가 소정 온도 이상이면 상기 게이트 전류를 상기 사이리스터에 공급하는 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
외부 환경변화, 외부충격, 내부적 결함에 의한 전지 발열, 과충전 등 어떠한 이유를 통해서건 전지의 온도 상승이 있을 경우, 전지를 방전시켜 안전한 상태로 만들어 주기 때문에 전지의 폭발, 발화, 부품 등을 방지해 안전성을 향상 시킬 수 있다.

Description

이차전지 보호장치{APPARATUS FOR PROTECTION OF SECONDARY BATTERY}
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 이차전지 보호장치의 회로도.
도 2는 NTC의 특성곡선을 도시한 도면.
도 3은 도 1의 이차전지 보호장치의 전류 흐름을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 이차전지 보호장치의 회로도.
도 5는 MIT의 특성곡선을 도시한 도면.
도 6은 도 4의 이차전지 보호장치의 전류 흐름을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 이차전지 보호장치의 회로도.
도 8은 제1사이리스터의 특성곡선을 도시한 도면.
도 9 및 도 10은 도 7의 이차전지 보호장치의 전류 흐름을 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 이차전지 보호장치의 회로도.
도 12 및 도 13은 도 11의 이차전지 보호장치의 전류 흐름을 도시한 도면.
본 발명은 이차전지 보호장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이차전지가 외부환경 변화, 외부충격, 내부적 결함, 과충전 등에 의해 작동 범위이상의 고온에 노출되는 경우, 전지를 안전한 상태로 방전시켜서 이차전지가 부풀거나 발화하거나 폭발하지 않도록 보호하는 이차전지 보호장치에 관한 것이다.
일반적으로 전지는 크게 화학전지와 물리전지로 나뉘고, 화학전지는 일차전지 및 이차전지, 그리고 연료전지로 나눌 수 있다. 상기 이차전지로는 니켈/카드뮴(Ni-Cd) 이차전지, 니켈/수소(Ni-Mh) 이차전지, 밀폐납산(SLA) 이차전지, 리튬(Li)이온 이차전지, 리튬(Li)-중합체 이차전지 및 재사용 알카리(Reusable alkaline) 이차전지 등이 있다.
특히 상기 리튬이온 이차전지는 고 에너지 밀도, 저온 특성, 그리고 축적성 등에서 안정된 특성을 가지는 유기 전해약 전지류로서, 휴대용 컴퓨터의 배터리로 폭넓게 사용되고 있다. 여기서 에너지 밀도란 에너지의 충전 정도를 나타내는 것으로 용량을 체적이나 무게로 나눈 값을 말한다.
그런데 상기 리튬이온 이차전지는 사용자의 부주의 등으로 작동범위 이상의 고온 환경, 예를 들어 여름철 자동차안, 찜질방, 전기장판, 오븐(oven) 등에 노출될 수 있으며, 또한 전지의 내부적 쇼트(short), 과충전 등을 이유로 자체적으로 온도가 상승할 수 있다.
상기 리튬이온 이차전지가 일정온도 이상의 고온에 노출되거나 자체 발열에 의해 온도가 상승하게 되면 리튬이온 이차전지가 부풀거나 발화하거나 폭발할 수 있다.
종래에는 단순히 과충전에 따른 발열로 인해 리튬이온 이차전지가 손상되는 것을 방지하기 위해, 상기 리튬이온 이차전지의 발열에 따라 저항값이 증가하는 PTC(Positive Temperature Coefficiency resistor)를 상기 리튬이온 이차전지에 직렬 연결하였다.
상기 PTC는 상기 리튬이온 이차전지가 과열되면 상기 리튬이온 이차전지로의 전류 흐름을 억제하며, 전지가 더 이상 충전되는 것을 방지하였다.
그러나 상기한 리튬이온 이차전지는 과충전뿐만 아니라 외부환경의 변화, 내부 단락, 외부 충격 등을 이유로 인해 발열될 수 있고, 고온환경에 노출되는 경우에도 발열할 수 있으며, 상기 리튬이온 이차전지는 고온환경에 노출되거나 충전상태에서 발열하는 경우에는 비교적 쉽게 가스생성으로 인한 부품(swelling) 현상이 발생하고 심하면 폭발하거나 발화되는 문제가 있었다.
이에 종래에는 외부환경의 변화, 내부 단락, 외부 충격 등을 이유로 리튬이온 이차전지가 발열하거나, 고온환경에 노출되는 경우에, 상기 리튬이온 이차전지를 보호할 수 있는 기술의 개발이 절실히 요망되었다.
본 발명은 리튬이온 이차전지가 발열하거나 고온 환경에 노출되면 상기 리튬이온 이차전지를 방전시키는 이차전지 보호장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명의 다른 목적은 리튬이온 이차전지가 발열하거나 고온 환경에 노출될 때에 NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터 또는 MIT(Metal Insulator Transition) 서미스터 및 스위칭 소자로 구성되는 간소한 이차전지 보호장치를 통해 리튬이온 이차전지를 보호할 수 있게 하는 이차전지 보호장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 리튬이온 이차전지가 발열하거나 고온 환경에 노출될 때에 NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터 또는 MIT(Metal Insulator Transition) 서미스터 및 사이리스터로 구성되는 간소한 이차전지 보호장치를 통해 리튬이온 이차전지를 보호할 수 있게 하는 이차전지 보호장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지 보호장치는, 애노드와 캐소드가 상기 이차전지의 양단과 각각 연결되며, 게이트 전류가 제공되면 상기 이차전지의 양극을 단락시키는 사이리스터; 및 상기 이차전지의 온도를 센싱하고, 상기 센싱된 온도가 설정 온도 이상이면 상기 게이트 전류를 상기 사이리스터에 공급하는 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
삭제
삭제
특히 상기 온도센서는 NTC 서미스터 또는 MIT 서미스터임을 특징으로 하며, 상기 사이리스터는, SCR, 역극성 사이리스터(N-Type Thyristor), 듀얼 게이트 사이리스터(Dual Gate Thyristor), 쌍방향 사이리스터(TRIAC) 및 GTO 사이리스터(gate turn off Thyristor) 중 어느 하나임을 특징으로 한다.
본 발명은 리튬이온 이차전지에 병렬로 이차전지 보호장치를 연결하여, 상기 리튬이온 이차전지의 발열 또는 고온환경에 노출됨이 감지되면 상기 리튬이온 이차전지를 강제 방전시킴으로써 상기 리튬이온 이차전지의 전해액을 안정화시켜 발화 또는 폭발 등을 미연에 방지한다.
이러한 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 이차전지 보호장치를 도 1을 참조하여 설명한다.
리튬이온 이차전지(100)와 이차전지 보호장치(102)는 병렬 연결되며, 이차전지 보호장치(102)는 NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터(104)와 제1트랜지스터(106)로 구성된다. NTC 서미스터(104)는 리튬이온 이차전지(100)의 양(+)극과 제1트랜지스터(106)의 베이스 단자 사이에 연결되며, 상기 제1트랜지스터(106)의 에미터 단자와 콜렉터 단자는 리튬이온 이차전지(100)의 양단과 각각 연결된다.
상기한 NTC 서미스터(104)는 높은 안정성, 생산성 및 저항률, 온도계수를 가지는 서미스터로서 전기 저항의 온도계수가 금속에 비해 5~10배 높으며 다양한 형상으로의 가공이 용이하다. 이러한 NTC 서미스터(104)는 주로 온도감지, 온도보상, 액위, 풍속, 진공검출, 돌입전류방지, 지연소자 등으로 사용되며, 현재 온도센 서로 가장 널리 사용되고 있다.
상기한 NTC 서미스터(104)의 특성을 도 2를 참조하여 좀더 설명한다. NTC 서미스터(104)는 온도가 상승함에 따라 저항이 감소하며, 상기 저항감소 정도는 해당 NTC 서미스터(104)의 저항계수에 따른다. 즉, NTC 서미스터(104)는 소자(R10K3000, R10K4000, R10K8000)에 따라 저항계수가 상이하므로, 상기 온도상승에 따른 저항감소 정도가 상이하다. 이에, 본 발명에 따라 소정 온도에서 제1트랜지스터(106)를 도통시키기 위해서는 다양한 종류의 NTC 서미스터 중 어느 하나가 선택되거나 저항 등이 조합된 전압분배회로가 부가될 수 있다.
상기 도 1에서는 스위칭 소자로서 PNP 트랜지스터를 제1트랜지스터(106)로 채용한 것을 예시하였으나, 소정 제어신호에 따라 단락(short)되거나 개방(open)되는 다양한 스위칭 소자가 채용될 수 있다. 즉, PNP 트랜지스터뿐만 아니라, NPN 트랜지스터 등이 상기 도 1의 제1트랜지스터(106)로 대체될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
이제 상기한 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 이차전지 보호장치의 동작을 도 3을 참조하여 설명한다.
외부환경의 변화, 내부 단락, 외부 충격 등의 이유로 리튬이온 이차전지(100)가 발열하거나 고온 환경에 노출되는 것은 NTC 서미스터(104)에 의해 센싱된다. 즉, NTC 서미스터(104)는 리튬이온 이차전지(100)가 소정 온도로 발열하여 NTC 서미스터(104)의 저항값이 소정 저항값으로 감소되면, 상기 NTC 서미스터(104)는 리튬이온 이차전지(100)로부터의 제어전류(I1)를 제1트랜지스터(106)의 베이스 단자로 공급한다. 제1트랜지스터(106)는 NTC 서미스터(104)를 통해 유입되는 제어 전류(I1)에 따라 도통한다.
상기한 제1트랜지스터(106)가 도통하면, 리튬이온 이차전지(100)의 양단이 단락(SHORT)되어, 리튬이온 이차전지(100)의 전류(I2)는 제1트랜지스터(106)를 통해 흐르게 된다. 이에 따라 리튬이온 이차전지(100)는 강제 방전된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 바람직한 제1실시예는 NTC 서미스터(104) 및 제1트랜지스터(106)로 구성되는 간소한 구조의 이차전지 보호장치(102)를 통해 내부 단락, 외부 충격 등의 이유로 리튬이온 이차전지(100)가 발열하거나 고온환경에 노출됨에 따른 발화 또는 폭발을 제한할 수 있다.
이제 본 발명의 바람직한 제2실시예를 도 4를 참조하여 설명한다.
리튬이온 이차전지(200)와 이차전지 보호장치(202)는 병렬 연결되며, 이차전지 보호장치(202)는 MIT(Metal Insulator Transition) 서미스터(204)와 제2트랜지스터(206)로 구성된다. MIT 서미스터(204)는 리튬이온 이차전지(200)의 양(+)극과 제2트랜지스터(206)의 베이스 단자 사이에 연결되며, 제2트랜지스터(206)의 에미터 단자와 콜렉터 단자는 리튬이온 이차전지(200)의 양단과 각각 연결된다.
상기한 MIT 서미스터(204)의 특성을 도 5를 참조하여 좀더 설명한다. MIT 서미스터(204)는 소정 온도에서 저항이 급격하게 감소하며, 상기 저항 감소 지점은 해당 MIT 서미스터(204)의 저항계수에 따른다. 즉, MIT 서미스터(204)는 소자에 따라 저항계수가 상이하므로, 상기 저항이 급격하게 감소하는 온도가 상이하다. 이에, 본 발명에 따라 소정 온도에서 제2트랜지스터(206)를 도통시키기 위해서는 다양한 종류의 MIT 서미스터 중 어느 하나가 선택될 수 있다.
상기 도 4에서는 스위칭 소자로서 PNP 트랜지스터를 제2트랜지스터(206)로 채용한 것을 예시하였으나, 소정 제어신호에 따라 단락(short)되거나 개방(open)되는 다양한 스위칭 소자가 채용될 수 있다. 즉, PNP 트랜지스터뿐만 아니라, NPN 트랜지스터 등이 상기 도 4의 제2트랜지스터(206)로 대체될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
이제 상기한 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 이차전지 보호장치(202)의 동작을 도 6을 참조하여 설명한다.
내부 단락, 외부 충격 등의 이유로 리튬이온 이차전지(200)가 발열하거나 고온 환경에 노출되는 것은 MIT 서미스터(204)에 의해 센싱된다. 즉, MIT 서미스터(204)는 리튬이온 이차전지(200)가 소정 온도로 발열하여 MIT 서미스터(204)의 저항값이 소정 저항값으로 감소되면, 상기 MIT 서미스터(204)는 리튬이온 이차전지(200)로부터의 제어전류(I3)를 제2트랜지스터(206)의 베이스 단자로 공급한다. 제2트랜지스터(206)는 MIT 서미스터(204)를 통해 유입되는 제어 전류(I3)에 따라 도통한다.
상기한 제2트랜지스터(206)가 도통하면, 리튬이온 이차전지(200)의 음(-)극과 양(+)극이 단락(short)되어, 리튬이온 이차전지(200)의 전류(I4)는 제2트랜지스터(206)를 통해 흐르게 된다. 이에 따라 리튬이온 이차전지(200)는 강제 방전된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 바람직한 제2실시예는 MIT 서미스터(204) 및 제2트랜지스터(206)로 구성되는 간소한 구조의 이차전지 보호장치(202)를 통해 내부 단락, 외부 충격 등의 이유로 리튬이온 이차전지(200)가 발열하거나 고온환경에 노출됨에 따른 발화 또는 폭발을 제한할 수 있다.
이제, 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 이차전지 보호장치를 도 7을 참조하여 설명한다.
리튬이온 이차전지(300)와 이차전지 보호장치(302)는 병렬 연결되며, 이차전지 보호장치(302)는 NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터(304)와 제1사이리스터(306)로 구성된다. NTC 서미스터(304)는 리튬이온 이차전지(300)의 양(+)극과 제1사이리스터(Thyristor)(306)의 게이트 단자 사이에 연결되며, 상기 제1사이리스터(306)의 애노드 단자와 캐소드 단자는 리튬이온 이차전지(300)의 양극과 음극에 각각 연결된다.
상기한 NTC 서미스터(304)는 높은 안정성, 생산성 및 저항률, 온도계수를 가지는 서미스터로서 전기 저항의 온도계수가 금속에 비해 5~10배 높으며 다양한 형상으로의 가공이 용이하다. 이러한 NTC 서미스터(304)는 주로 온도감지, 온도보상, 액위, 풍속, 진공검출, 돌입전류방지, 지연소자 등으로 사용되며, 현재 온도센서로 가장 널리 사용되고 있다.
상기한 NTC 서미스터(304)의 특성을 도 2을 참조하여 좀더 설명한다. NTC 서미스터(304)는 온도가 상승함에 따라 저항이 감소하며, 상기 저항감소 정도는 해당 NTC 서미스터(304)의 저항계수에 따른다. 즉, NTC 서미스터(304)는 소자(R10K3000, R10K4000, R10K8000)에 따라 저항계수가 상이하므로, 상기 온도상승에 따른 저항감소 정도가 상이하다. 이에, 본 발명에 따라 소정 온도에서 제1사이리스터(306)를 도통시키기 위해서는 다양한 종류의 NTC 서미스터 중 어느 하나가 선택되거나 저항 등이 조합된 전압분배회로가 부가될 수 있다.
상기한 제1사이리스터(306)는 실리콘 제어정류기(silicon controlled rectifier:SCR)라고도 하며, 애노드(anode), 캐소드(cathode), 게이트(gate)의 3단자로 구비하며, 상기 게이트 신호가 인가되면 애노드와 캐소드 사이에 전류가 흐르고, 게이트 신호가 없으면 양극과 음극 사이에 전류는 흐르지 않고 높은 전압이 유지된다. 이러한 제1사이리스터(306)는 P-N-P-N 4층 구조를 가지며, 6000[V]이상의 전압을 견딜 수 있고, 3,000[A]이상의 전류를 제어할 수 있다.
여기서, 제1사이리스터(306)의 특성을 도시한 도 8을 참조하면, 상기 제1사이리스터(306)에 소정의 게이트 전류(Ig)가 인가될 때 도통하여 애노드와 캐소드 사이에 전류(Ia)가 흐른다.
또한 상기 도 7에는 스위칭 소자로서 제1사이리스터(306)를 채용한 것만을 예시하였으나, 소정 제어신호에 따라 단락(short)되거나 개방(open)되는 다양한 스위칭 소자를 채용할 수도 있다. 예를 들어, 역극성 사이리스터(N-Type Thyristor), 듀얼 게이트 사이리스터(Dual Gate Thyristor), 쌍방향 사이리스터(TRIAC), GTO 사이리스터(gate turn off Thyristor) 등이 상기 스위칭 소자로서 채용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
이제 상기한 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 이차전지 보호장치(302)의 동작을 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다.
외부환경의 변화, 내부 단락, 외부 충격 등의 이유로 리튬이온 이차전 지(300)가 발열하거나 고온환경에 노출되는 것은 NTC 서미스터(304)에 의해 센싱된다. 즉, NTC 서미스터(304)는 리튬이온 이차전지(300)가 소정 온도로 발열하여 NTC 서미스터(304)의 저항값이 소정 저항값으로 감소되면, 상기 NTC 서미스터(304)는 리튬이온 이차전지(300)로부터의 전류(I1)를 게이트 전류로서 제1사이리스터(306)의 게이트 단자로 공급한다. 제1사이리스터(306)는 NTC 서미스터(304)를 통해 유입되는 게이트 전류(I1)에 따라 도통한다.
상기한 제1사이리스터(306)가 도통하면, 리튬이온 이차전지(300)의 양단이 단락(SHORT)되어 리튬이온 이차전지(300)의 전류(I2)는 제1사이리스터(306)를 통해 흐르게 된다. 이에 따라 리튬이온 이차전지(300)는 강제 방전된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 바람직한 제3실시예는 NTC 서미스터(304) 및 제1사이리스터(306)로 구성되는 간소한 구조의 이차전지 보호장치(302)를 통해 내부 단락, 외부 충격 등의 이유로 리튬이온 이차전지(300)가 발열하거나 고온환경에 노출됨에 따른 발화 또는 폭발을 제한할 수 있다.
이제 본 발명의 바람직한 제4실시예를 도 11을 참조하여 설명한다.
리튬이온 이차전지(400)와 이차전지 보호장치(402)는 병렬 연결되며, 이차전지 보호장치(402)는 MIT(Metal Insulator Transition) 서미스터(404)와 제2사이리스터 (406)로 구성된다. MIT 서미스터(404)는 리튬이온 이차전지(400)의 양(+)극과 제2사이리스터(406)의 게이트 단자 사이에 연결되며, 제2사이리스터(406)의 애노드 단자와 캐소드 단자는 리튬이온 이차전지(400)의 양극 및 음극과 각각 연결된다.
상기한 MIT 서미스터(404)의 특성을 도 5를 참조하여 좀더 설명한다. MIT 서미스터(404)는 소정 온도에서 저항이 급격하게 감소하며, 상기 저항 감소 지점은 해당 MIT 서미스터(404)의 저항계수에 따른다. 즉, MIT 서미스터(404)는 소자에 따라 저항계수가 상이하므로, 상기 저항이 급격하게 감소하는 온도가 상이하다. 이에, 본 발명에 따라 소정 온도에서 제2사이리스터(406)를 도통시키기 위해서는 다양한 종류의 MIT 서미스터 중 어느 하나가 선택될 수 있다.
상기 도 11에서는 스위칭 소자로서 제2사이리스터(406)로 채용한 것을 예시하였으나, 소정 제어전류에 따라 단락 또는 개방하는 다양한 스위칭 소자를 채용하는 것도 당업자에게 자명하다.
이제 상기한 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 이차전지 보호장치(402)의 동작을 도 12 및 13를 참조하여 설명한다.
외부환경의 변화, 내부 단락, 외부 충격 등의 이유로 리튬이온 이차전지(400)가 발열하거나 고온환경에 노출되는 것은 MIT 서미스터(404)에 의해 센싱된다. 즉, MIT 서미스터(404)는 리튬이온 이차전지(400)가 소정 온도로 발열하여 MIT 서미스터(404)의 저항값이 소정 저항값으로 감소되면, 상기 MIT 서미스터(404)는 리튬이온 이차전지(400)로부터의 전류(I3)를 게이트 전류로서 제2사이리스터(406)의 게이트 단자로 공급한다. 제2사이리스터(406)는 MIT 서미스터(404)를 통해 유입되는 게이트 전류(I3)에 따라 도통한다.
상기한 제2사이리스터(406)가 도통하면, 리튬이온 이차전지(400)의 양단이 단락(SHORT)되어 리튬이온 이차전지(400)의 전류(I4)는 제2사이리스터(406)를 통해 흐르게 된다. 이에 따라 리튬이온 이차전지(400)는 강제 방전된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 바람직한 제4실시예는 MIT 서미스터(404) 및 제2사이리스터(406)로 구성되는 간소한 구조의 이차전지 보호장치(402)를 통해 내부 단락, 외부 충격 등의 이유로 리튬이온 이차전지(400)가 발열하거나 고온환경에 노출됨에 따른 발화 또는 폭발을 제한할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명은 리튬이온 이차전지의 발열 또는 고온환경에 노출되는 경우에 상기 리튬이온 이차전지를 방전시켜 발화 또는 폭발 등의 위험으로부터 리튬이온 이차전지 및 사용자를 보호할 수 있는 효과가 있다.
더욱이 본 발명은 리튬이온 이차전지에 충전전류의 공급을 제한하여 발열을 중지시키는 것이 아니라 리튬이온 이차전지의 발열 또는 고온환경으로의 노출 시에 상기 리튬이온 이차전지를 방전시킴으로써, 충전상태의 리튬이온 이차전지가 발열하거나 고온환경에 노출되는 경우에도 리튬이온 이차전지의 폭발이나 발화를 제한할 수 있는 이점이 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 이차전지 보호장치에 있어서,
    애노드와 캐소드가 이차전지의 양단과 각각 연결되며, 게이트 전류가 제공되면 상기 이차전지의 양극을 단락시키는 사이리스터; 및
    상기 이차전지의 온도를 센싱하고, 상기 센싱된 온도가 설정 온도 이상이면 상기 게이트 전류를 상기 사이리스터에 공급하는 온도센서
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 온도센서는 NTC 서미스터 또는 MIT 서미스터임을 특징으로 하는 이차전지 보호장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 사이리스터는, SCR, 역극성 사이리스터(N-Type Thyristor), 듀얼 게이트 사이리스터(Dual Gate Thyristor), 쌍방향 사이리스터(TRIAC) 및 GTO 사이리스터(gate turn off Thyristor) 중 어느 하나임을 특징으로 하는 이차전지 보호장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 온도센서는 일단이 상기 이차전지의 양극에 연결되고, 타단이 상기 사이리스터의 게이트 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호장치.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항의 이차전지 보호장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
KR1020060067699A 2005-07-20 2006-07-19 이차전지 보호장치 KR100786937B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20050065627 2005-07-20
KR1020050065627 2005-07-20
KR1020050075403 2005-08-17
KR20050075403 2005-08-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070011178A KR20070011178A (ko) 2007-01-24
KR100786937B1 true KR100786937B1 (ko) 2007-12-17

Family

ID=37669024

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060067699A KR100786937B1 (ko) 2005-07-20 2006-07-19 이차전지 보호장치

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8673469B2 (ko)
JP (2) JP5372504B2 (ko)
KR (1) KR100786937B1 (ko)
CN (1) CN101228651B (ko)
DE (1) DE112006001895B4 (ko)
TW (1) TWI338394B (ko)
WO (1) WO2007011175A1 (ko)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100745354B1 (ko) 2004-08-24 2007-08-02 주식회사 엘지화학 이차전지의 과충전 방지를 위한 안전 소자 및 그 안전소자가 결합된 이차전지
KR100744551B1 (ko) * 2005-10-12 2007-08-01 한국전자통신연구원 급격한 mit 소자를 이용한 온도센서 및 그 센서를포함한 경보기
KR100825760B1 (ko) * 2006-06-02 2008-04-29 한국전자통신연구원 급격한 mit 소자, 그 소자를 이용한 mit 센서 및 그mit 센서를 포함한 경보기 및 이차전지 폭발 방지 회로
KR101213471B1 (ko) 2008-02-25 2012-12-18 한국전자통신연구원 금속-절연체 전이(mit) 소자의 자체발열 방지회로 및 그방지회로용 집적소자의 제조방법
KR101022661B1 (ko) * 2008-02-28 2011-03-22 한국전자통신연구원 금속-절연체 전이(mit) 소자를 구비한 대전류 제어회로,그 대전류 제어회로를 포함하는 시스템
KR101036095B1 (ko) 2009-02-18 2011-05-19 삼성에스디아이 주식회사 이차전지용 자가방전 회로 및 이를 구비하는 이차전지
US8936394B2 (en) 2010-05-25 2015-01-20 GM Global Technology Operations LLC Real-time estimation of cell core temperature during period of rest
US8529125B2 (en) * 2010-05-26 2013-09-10 GM Global Technology Operations LLC Dynamic estimation of cell core temperature by simple external measurements
US9136509B2 (en) 2011-05-27 2015-09-15 Apple Inc. Battery cell with an integrated pouch metal foil terminal
DE102011121004A1 (de) 2011-12-13 2013-06-13 Daimler Ag Batterie mit einer Anzahl von elektrischmiteinander verschalteten Einzelzellen
JP6171648B2 (ja) * 2013-07-12 2017-08-02 株式会社Gsユアサ 放電制御装置、放電制御方法及び移動体
CN104108346A (zh) * 2013-10-23 2014-10-22 吴长江 车辆后视镜及车辆
KR101446994B1 (ko) * 2013-12-09 2014-10-07 주식회사 모브릭 Mit 기술을 적용한 자동 고온 및 고전류 차단 방법 및 이러한 방법을 사용하는 스위치
CN107026253A (zh) * 2016-02-02 2017-08-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池
DE102016210142A1 (de) * 2016-06-08 2017-12-14 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Speichermodul mit Heizmitteln
DE102016214484A1 (de) * 2016-08-04 2018-02-08 Audi Ag Verfahren zum Vorbereiten einer Batterie eines Kraftfahrzeugs für einen Transport und Kraftfahrzeug
CN107979130A (zh) * 2017-12-05 2018-05-01 亚瑞源科技(深圳)有限公司 一种电池管理***
CN108390112A (zh) * 2018-01-30 2018-08-10 中国电力科学研究院有限公司 一种电池内短路的模拟方法和装置
KR20210027948A (ko) * 2019-09-03 2021-03-11 주식회사 엘지화학 배터리 팩, 이를 포함하는 배터리 랙 및 전력 저장 장치
US11349021B2 (en) 2020-03-24 2022-05-31 Littelfuse, Inc. Thyristor assembly

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5252411A (en) * 1990-09-26 1993-10-12 Sony Corporation Protective apparatus for secondary battery
JPH10136581A (ja) 1996-10-29 1998-05-22 Nippon Mori Energ Kk 二次電池の保護装置
JP2000253590A (ja) 1999-02-25 2000-09-14 Mitsumi Electric Co Ltd 充放電制御回路
JP2002056900A (ja) 2000-08-14 2002-02-22 Japan Storage Battery Co Ltd 非水電解液型電池装置及び電池パック
JP2004096919A (ja) 2002-09-02 2004-03-25 Mitsubishi Materials Corp 二次電池の保護回路装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6182681A (ja) 1984-09-29 1986-04-26 Toyoda Autom Loom Works Ltd 二次電池の充電制御方法
JPH05121102A (ja) 1991-10-25 1993-05-18 Fujitsu Ltd 二次電池パツク
JPH06295748A (ja) 1993-04-02 1994-10-21 Japan Storage Battery Co Ltd 有機電解液二次電池の作動制御方法
US5496654A (en) * 1994-06-22 1996-03-05 Perkins; Bradley A. Secondary battery cell interconnection for protection from internal shorts
JPH10326610A (ja) * 1997-05-27 1998-12-08 Hitachi Ltd 非水電解液二次電池
JP3111276B2 (ja) 1997-11-29 2000-11-20 幹三 笠松 二次電池暴爆防止装置
JPH11191436A (ja) * 1997-12-26 1999-07-13 Hitachi Ltd 蓄電保護器
JP3705079B2 (ja) * 2000-05-23 2005-10-12 株式会社村田製作所 二次電池パックの温度検知装置及び二次電池パック
JP2002095157A (ja) * 2000-07-10 2002-03-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 過充電防止回路
JP3955473B2 (ja) * 2002-01-11 2007-08-08 ▲高▼木 敏行 温度センサー及び同センサーを用いた温度測定方法
EP1749329B1 (en) 2004-05-19 2015-10-07 LG Chem, Ltd. Safety element for battery and battery with the same
KR100609699B1 (ko) * 2004-07-15 2006-08-08 한국전자통신연구원 급격한 금속-절연체 전이 반도체 물질을 이용한 2단자반도체 소자 및 그 제조 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5252411A (en) * 1990-09-26 1993-10-12 Sony Corporation Protective apparatus for secondary battery
JPH10136581A (ja) 1996-10-29 1998-05-22 Nippon Mori Energ Kk 二次電池の保護装置
JP2000253590A (ja) 1999-02-25 2000-09-14 Mitsumi Electric Co Ltd 充放電制御回路
JP2002056900A (ja) 2000-08-14 2002-02-22 Japan Storage Battery Co Ltd 非水電解液型電池装置及び電池パック
JP2004096919A (ja) 2002-09-02 2004-03-25 Mitsubishi Materials Corp 二次電池の保護回路装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013219033A (ja) 2013-10-24
KR20070011178A (ko) 2007-01-24
US8673469B2 (en) 2014-03-18
US20070072060A1 (en) 2007-03-29
JP2009502020A (ja) 2009-01-22
JP5663053B2 (ja) 2015-02-04
CN101228651A (zh) 2008-07-23
DE112006001895T5 (de) 2008-08-21
WO2007011175A1 (en) 2007-01-25
TWI338394B (en) 2011-03-01
JP5372504B2 (ja) 2013-12-18
CN101228651B (zh) 2011-04-20
DE112006001895B4 (de) 2018-06-07
TW200733451A (en) 2007-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100786937B1 (ko) 이차전지 보호장치
JP2574979B2 (ja) バッテリー
US9614254B2 (en) Safety device for preventing overcharge and secondary battery therewith
KR100899425B1 (ko) 배터리 팩의 보호회로 및 이를 구비한 배터리 팩
KR100782101B1 (ko) 보호회로 및 이를 포함하는 전지 팩
KR100882433B1 (ko) 정전압 소자를 갖는 이차 전지
JPH04137371A (ja) 二次電池の保護装置
KR100844541B1 (ko) 배터리 보호회로
KR101262879B1 (ko) 배터리 셀의 스웰링 현상을 감지하여 배터리 팩을 보호하는 장치 및 방법
US3907588A (en) Electrochemical cell and safety resistor therefor
KR102137698B1 (ko) 배터리 보호 회로 장치
JPWO2004079852A1 (ja) ポリマーptc素子
KR100866712B1 (ko) 이차전지 안정화 장치
CN216774351U (zh) 一种锂电池保护电路
KR102135271B1 (ko) 배터리 보호 회로 장치
JP2001286066A (ja) 2次電池用保護回路
CN113098078A (zh) 电池过充安全保护装置及电池
JPH0799049A (ja) 電池装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121011

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131018

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150923

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160928

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170919

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181016

Year of fee payment: 12